前不久參加博世在昆明舉行的柴油SUV試駕會，在聊天時聽到“日本的柴油車發(fā)展迅猛”這句話，覺得很有意思。在筆者印象中，日本只在玩汽油機、混合動力，再深入就是燃料電池汽車。柴油車，全球只在歐洲盛行，與日本無關(guān)。
然而翻開日本的新能源汽車規(guī)劃發(fā)現(xiàn)，清潔柴油汽車卻位列其中。最近幾年，日本市場的柴油發(fā)動機裝車比例也在悄然增長，2013年日本國內(nèi)的柴油車銷量達到了7.5萬輛，2011年還僅為8638輛，兩年間就擴大了約9倍。雖然從數(shù)量和占比上都不上歐洲的占據(jù)半壁江山，但是其增長速度著實令人矚目。
更值得我們關(guān)注的是，柴油發(fā)動機在日本正在以小型化的路線逐步向小型車市場推進，這是一條完全不同于歐洲柴油動力發(fā)展的路線，這一細節(jié)上的變化恐怕將在不久之后對汽車市場產(chǎn)生深遠的影響。
技術(shù)進步讓柴油機優(yōu)勢凸顯
傳統(tǒng)的柴油動力留給人最直觀的印象莫過于濃濃的黑煙，劇烈的震動，極差的高轉(zhuǎn)速表現(xiàn)等等。當然，這些傳統(tǒng)的認知是基于普通柴油的傳統(tǒng)重型柴油發(fā)動機的。事實上，歐洲市場上清潔柴油的運用和高壓共軌技術(shù)的普及已經(jīng)極大改善了傳統(tǒng)柴油發(fā)動機冒黑煙和噪音大的現(xiàn)象。而柴油發(fā)動機的優(yōu)勢，也因為新技術(shù)的應(yīng)用而更加光彩。
柴油發(fā)動機的優(yōu)點主要集中在高效節(jié)能、碳氧化物排放量低這兩個方面。因為燃燒特性的差異，柴油發(fā)動機的熱效率相比于汽油發(fā)動機要高30%左右，油耗方面自然也要平均低上30%。由于柴油機的燃燒是在富氧狀態(tài)下，因此CO、HC化合物的排放濃度相對較低，顆粒物和NO化合物的濃度較高。而近年來，尿素和柴油微粒過濾等柴油排放后處理技術(shù)的運用，使得顆粒物和NO化合物的排放極大降低。
也正是基于這樣的原因，對溫室效應(yīng)倍加關(guān)注的歐洲市場，柴油車的這種特性得到了重視并得以廣泛運用。那么，日本汽車市場在小排量汽油發(fā)動機技術(shù)和混合動力技術(shù)都取得長足進步的時候，為什么又會對柴油發(fā)動機感興趣呢？筆者認為至少有以下兩個方面：
第一是日本的JC08測試法規(guī)。大家都知道，目前世界上集中主流油耗測試規(guī)程中，日本的JC08是最為嚴苛的之一。之所以嚴苛，主要是因為它對冷啟動排放、加減速工況等的考核更為重視，在JC08模式下測試得出的油耗表現(xiàn)要遠高于其他測試規(guī)程下的成績。依照經(jīng)驗，同一款車型在JC08測試規(guī)程下所得到的油耗要比歐洲NEDC規(guī)程下的油耗要多上1-2L。
與此同時，日本全新的汽車油耗管理辦法將在2020年開始實施，根據(jù)新的管理辦法，每家汽車企業(yè)的所有車型油耗的加權(quán)平均值必須達到JC08測試循環(huán)下的20.3Km/L，約合4.9L/100Km。一邊是貼近日常生活的苛刻測試，另一邊又是同樣苛刻的排放標準。很顯然，日本汽車企業(yè)在面對油耗限制上的壓力并不比中國企業(yè)小。
第二則是成本因素。雖然日本汽車廠商在混合動力技術(shù)方面取得了長足的進步，然而在成本上，混合動力必然要高于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機。且在日本市場中，小型車甚至是K-Car占據(jù)著更大的市場份額，這些車型的售價和利潤都很低，難以普及混合動力系統(tǒng)進一步降低油耗。那么在這種情況下，日本汽車企業(yè)將柴油發(fā)動機小型化作為另外一個“新能源”的方向，就變得順利成章。
如何搬開柴油機小型化道路上的絆腳石
那么，柴油發(fā)動機小型化面臨哪些技術(shù)上的困難呢？
首先是尺寸。相比于同排量的汽油發(fā)動機，由于柴油發(fā)動機所承受的缸壓較大，且活塞行程較長，在整體尺寸和重量方面柴油發(fā)動機都要更大更高。一方面要滿足機械性能的要求，另一方面又要滿足小型車的緊湊性要求，所以在柴油機缸體的設(shè)計上就要花費更多的精力去平衡這兩方面的需求。
其次是小排量柴油發(fā)動機缸體技術(shù)參數(shù)的設(shè)定。柴油機壓燃的方式?jīng)Q定了其必須擁有更大的壓縮比以獲得更大的缸內(nèi)壓力。但是壓縮比的增加又不可避免的帶來振動以及噪音等問題，且活塞和曲軸所承受的負荷也要相應(yīng)的增加。如果按照傳統(tǒng)柴油機的壓縮比設(shè)計經(jīng)驗，那么小排量柴油發(fā)動機不可避免的要在這些方面存在短板。所以要把柴油柴油發(fā)動機做小，壓縮比一定要降下去。
但是問題又來了，一旦壓縮比降低下去，又會導致柴油燃燒不完全甚至失火缺缸。在這個過程中必然要涉及稀薄燃燒技術(shù)的運用，一般來說乘用車柴油發(fā)動機的壓縮比在16-18之間，但是如果要做到一點幾升的小排量，壓縮比應(yīng)該更低一些，目前日本的小排量柴油發(fā)動機的最低壓縮比，已經(jīng)做到了14.8。
那么如何來保證壓縮比降低后對于小排量柴油發(fā)動機燃燒性能的影響，或者說如何實現(xiàn)更加稀薄的燃燒？日系企業(yè)給出了這樣的解決方案。
首先，提前將霧化柴油送入氣缸。傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機在壓縮行程終了時向氣缸內(nèi)供給霧化柴油，以達到壓燃的目的。在壓縮比降低的情況下，壓縮行程終了時缸內(nèi)壓力較小，可燃氣燃燒不太充分。為了解決問題，通過在壓縮行程終了之前向氣缸內(nèi)供給少量的霧化柴油，利用缸內(nèi)有組織的氣流運動來實現(xiàn)氣流的引導，在氣缸局部實現(xiàn)較濃的混合氣濃度，實現(xiàn)均勻混合氣的分層燃燒，極大的改善了缸內(nèi)燃燒特性。
